[发明专利]一种高洁净TC4钛合金铸锭及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高洁净TC4钛合金铸锭及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：步骤一，称取高纯钛板材、高纯钛颗粒、铝线和铝钒中间合金颗粒；步骤二，使用高纯钛板材制备若干个原料盒；将物料分别布料在若干个原料盒内；布料时将高纯钛颗粒、铝线和铝钒中间合金颗粒均分为若干份，并逐层按照一份高纯钛颗粒和一份铝钒中间合金颗粒的顺序进行逐层交替平铺布料，铝线铺设于铝钒中间合金颗粒内；步骤三，布料结束后，将原料盒推入整料仓内；关闭整料仓，进行抽真空；抽真空结束后，使用电子束进行熔炼，直至熔炼铸锭完成。本发明提供的制备方法杜绝了物料在压制过程中引入污染的可能性，保证了铸锭的成分均匀性，可制备出高洁净度的TC4钛合金。

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种高洁净TC4钛合金铸锭及其制备方法。

背景技术

TC4钛合金最初由美国在1954年研制成功，目前已经发展成一种国际性的钛合金，是目前人们对其研究最为全面、最为深入的钛合金，在航空、航天、民用等工业中得到了广泛应用。TC4钛合金具有良好的室温和高温力学性能，被广泛应用于制造各种航空结构件和航空发动机的风扇叶片、压气机盘及航天飞行器压力容器、结构件等，已占到钛合金总产量的50％以上。该合金是一种综合性能良好的α+β型钛合金，具有良好的工艺塑性和超塑性，合金α+β/β转变温度在980～1010℃之间，长期工作温度可达400℃，一般在退火或者固溶时效状态下使用，室温抗拉强度≥895MPa。

该合金是我国航空工业中目前使用范围最广、使用量最大、技术最为成熟的钛合金，目前几乎所有型号的航空发动机都有应用。随着航空领域对其结构件性能要求的提升，其对TC4钛合金的洁净度要求越来越高。

当前TC4钛合金铸锭的制备方法主要为两种：真空自耗电弧熔炼以及电子束冷床熔炼。真空自耗电弧熔炼的主要步骤为：选取原料，按比例混合，使用油压机压制成整体电极或单块电极(通过焊接焊为整体电极)，再使用真空自耗炉进行2次及以上熔炼，形成铸锭；电子束冷床熔炼的主要步骤为：将混合好的原料加入电子束炉散料仓或将压制/焊接好的整体电极装入电子束炉整料仓，使用电子束熔炼炉进行熔炼，形成铸锭。

目前，为制备出成分高均匀性的TC4钛合金铸锭，技术人员在混料工艺、稳弧电流、中间合金的选择上做了较多的实验研究(例如“TC4钛合金均匀性研究”，《特钢技术》，周茂华，2009年第3期第15卷)，在该文中，采用了AlV55中间合金，并调整了混料工艺，最终制出的TC4钛合金铸锭的头圆心Al含量为5.85％，尾圆心Al含量为6.09％，相差0.24％，其组分的均匀性仍然存在一定问题。

现有技术的主要缺点为：1、原料压制过程中物料与模具在高压下摩擦，易引入器壁杂质污染；2、物料在混料过程中或在料仓中因物料密度不同(铝颗粒较钛颗粒密度低)产生物料分层现象，导致铸锭成分不均匀；3、真空自耗电弧熔炼时熔速较快、气体杂质逸散空间较小等导致铸锭气体杂质含量高。因此，亟待一种能够解决上述问题的制备TC4钛合金的制备方法。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种高洁净TC4钛合金铸锭制备方法，解决物料在铸锭制备过程中易受到污染引入杂质、成分不均匀、气体含量高等问题，开发高洁净TC4钛合金铸锭。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明的第一个方面提供了一种高洁净TC4钛合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，称取高纯钛板材、高纯钛颗粒、铝线和铝钒中间合金颗粒使得总原料中Al的质量百分比为7.5％～9％，V的质量百分比为3.5～4％，余下为Ti；其中Ti的重量为高纯钛板材和高纯钛颗粒重量之和；

步骤二，使用高纯钛板材制备若干个原料盒；将高纯钛颗粒、铝线和铝钒中间合金颗粒分别布料在若干个原料盒内；布料时将高纯钛颗粒、铝线和铝钒中间合金颗粒均分为若干份，并逐层按照一份高纯钛颗粒和一份铝钒中间合金颗粒的顺序进行逐层交替平铺布料，铝线铺设于铝钒中间合金颗粒内；